Pflanzen brauchen Jahrmillionen, um sich von Klimaschocks zu erholen

Wissenschaftler:innen suchen oft in der Umwelt nach Antworten auf die drängendsten Probleme der Menschheit. In Bezug auf die aktuelle globale Erwärmung bietet die Geologie Einblicke, die zeitlich weit zurückreichen. Denn in der Erdgeschichte gab es mehrere Perioden mit besonders ausgeprägtem Vulkanismus, bei denen grosse Mengen an Treibhausgasen in die Atmosphäre gelangten. Dies löste rasche Klimaerwärmungen aus, die in Extremfällen zu Massenaussterben von Arten an Land und in den Ozeanen führten. Diese Phasen extremen Vulkanismus könnten den Kohlenstoffkreislauf und damit das Klima für Millionen von Jahren gestört haben.

Ökologisches Ungleichgewicht

Erd- und Umweltwissenschaftler:innen der ETH Zürich zeigen nun in einer neuen Studie in der Fachzeitschrift Science, wie die Vegetation in der Vergangenheit auf starke Klimaveränderungen reagierte und sich daran anpasste und wie solche Veränderungen das natürliche Regulierungssystem von Kohlenstoffkreislauf und Klima beeinflussen.

Für diese Studie arbeiteten die Forschenden mit Kolleg:innen der Universitäten von Arizona und Leeds (GB), des CNRS Toulouse und der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) zusammen.

Das Forschungsteam nutzte Isotopenanalysen von Sedimenten und verglich diese Daten mit einem von ihnen erstellten Computermodell. Das Modell bildet die Vegetation und ihre Rolle bei der Regulierung des geologischen Klimasystems ab.

Mit ihrem Modell haben die Forschenden verschiedene Szenarien durchgespielt, wie die Erde und ihre Vegetation auf die starke Freisetzung von Kohlenstoff durch vulkanische Aktivitäten reagiert. Sie untersuchten insbesondere drei bedeutende Klimaänderungen in der Erdgeschichte, darunter das Sibirische Trapp-Ereignis vor etwa 252 Millionen Jahren, das das Massenaussterben am Übergang vom Perm zur Trias auslöste.

«Das Sibirische Trapp-Ereignis setzte während 200’000 Jahren rund 40’000 Gigatonnen Kohlenstoff frei. Die Folge war ein Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur um fünf bis zehn Grad Celsius. Dieser Klimaschock führte zum grössten Artensterben der Erdgeschichte», erklärt Taras Gerya, Professor für Geophysik an der ETH Zürich.

Ausweichen, anpassen oder aussterben

«Es dauerte mehrere Millionen Jahre, bis sich die Vegetation von diesem Ereignis erholt hatte. Während dieser Erholungsperiode  war das Kohlenstoff-Klima-Regulierungssystem der Erde wahrscheinlich schwach und ineffizient, was zu einer langfristigen Klimaerwärmung führte», erklärt Julian Rogger, Doktorand in den Gruppen von ETH-Professoren Taras Gerya und Loïc Pellissier und Erstautor der Studie.

Die Forschenden fanden heraus, dass die Schwere solcher Ereignisse davon abhängt, wie schnell der emittierte Kohlenstoff gebunden werden kann, zum Beispiel durch die Verwitterung von Silikatmineralien oder als organischer Kohlenstoff in Sedimenten.

Die Forschenden zeigen auch, dass die Zeit, die das Klima braucht, um einen neuen Gleichgewichtszustand zu erreichen, davon abhängt, wie schnell sich die Vegetation an die steigenden Temperaturen angepasst hat. Einige Pflanzenarten konnten sich durch Evolution anpassen. Andere fanden in kühleren Regionen einen neuen Lebensraum. Einige geologische Ereignisse waren jedoch so katastrophal, dass viele Pflanzen nicht genügend Zeit hatten, um sich an den anhaltenden Temperaturanstieg anzupassen oder geografisch auszuweichen. Die Folgen dieser Ereignisse prägten die geochemische Entwicklung des Klimas für Tausende oder gar Millionen von Jahren.

Die heutige menschengemachte Klimakrise

Was bedeutet dies für den vom Menschen verursachten Klimawandel? Die Forscherinnen und Forscher zeigen in ihrer Studie, dass Störungen der Pflanzenwelt in der Vergangenheit die Dauer und Schwere von Klimaerwärmungen erhöht haben. In gewissen Fällen hat es Millionen von Jahren gedauert, bis sich ein neues stabiles Klimagleichgewicht eingestellt hat. Der Grund dafür ist, dass die Vegetation weniger in der Lage war, den Kohlenstoffkreislauf der Erde zu regulieren.

«Wir befinden uns heute in einer globalen bioklimatischen Krise», sagt Loïc Pellissier, Professor für Ökosysteme und Landschaftsentwicklung an der ETH Zürich und der WSL. «Unsere Studie zeigt, wie wichtig funktionierende Vegetationssysteme sind, damit sich die Erde von klimatischen Veränderungen erholen kann. Wir setzen heute schneller Treibhausgase frei als alle bisherigen Vulkanereignisse. Wir Menschen sind auch die Hauptursache für die weltweite Entwaldung, die die Fähigkeit natürlicher Ökosysteme zur Klimaregulierung stark einschränkt. Die Weltgemeinschaft sollte unsere Studie als einen Weckruf auffassen.»